EP0301346A2 - Herstellung von Polyfluorbutenen - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a process for the simultaneous production of 2-chloro-1,1,1,4,4,4-hexafluorobutene-2 and 1,1,1,2,4,4,4-heptafluorobutene-2 from hexachlorobutadiene.
- 1,1,1,2,4,4,4-heptafluorobutene-2 is a known intermediate for the production of chlorofluorobutane, a stable heat transfer agent, and of trifluoroacetic acid and pentafluoropropionic acid (see US Pat. No. 3,287 425). It is known to produce heptafluorobutene by mixing hexachlorobutadiene with alkali fluoride in a solvent, e.g. Dimethyl sulfoxide, (see U.S. Patent 3,287,425). The disadvantage of this process is the use of a solvent and the formation of alkali chlorides, which have to be separated and disposed of in a complex manner.
- a solvent e.g. Dimethyl sulfoxide
- 2-chloro-1,1,1,4,4,4-hexafluorobutene-2 is a known one Intermediate for the production of sodium trifluoroacetate. It is known that it can be prepared by reacting hexachlorobutadiene with hydrogen fluoride and elemental chlorine with the addition of antimony pentachloride. The yields are very low at 5 to 10%, since 2,3-dichloro-1,1,1,4,4,4-hexafluorobutene-2 is obtained as the main product (see US Pat. No. 2,544,857 and CA 46 , 7987 i to 7988 a).
- Impure chlorhexafluorobutene can also be obtained as a by-product if perfluorobutin-2 is prepared from 2,3-dichloro-1,1,1,4,4,4-hexafluorobutene-2 in a 10-day reaction by reduction with zinc (see JACS 71 , 298 (1949)). These processes are not suitable for the technical production of chlorhexafluorobutene. The use of elemental chlorine or zinc and the low yields in which a still contaminated product is obtained are particularly disadvantageous.
- the hexachlorobutadiene required to carry out the process according to the invention as a starting product is commercially available, for example from Aldrich Chemie, Steinheim, and can be obtained from commercial purity can be used.
- the second required starting product, the hydrogen fluoride is preferably used in anhydrous form and as such is also commercially available.
- the hydrogen fluoride can be used, for example, in amounts of 5 to 100 moles, based on 1 mole of hexachlorobutadiene. This amount is preferably 10 to 50 moles per mole of hexachlorobutadiene.
- titanium tetrahalide, antimony trihalide and / or antimony pentahalide is added in a catalytic amount.
- This amount can be, for example, from 0.1 to 30 mol%, based on hexachlorobutadiene. This amount is preferably from 1 to 25 mol%.
- antimony pentachloride is particularly preferred. Mixtures of different halides can also be used.
- the process according to the invention can be carried out at different temperatures, for example at temperatures in the range from -20 to + 200 ° C. In general, it is advantageous to start at low temperatures, for example at -10 to + 18 ° C and the reaction at higher temperatures, for example at 40 to 160 ° C to finish. Since hydrogen fluoride boils at about 20 ° C at normal pressure, when working at temperatures above about 18 ° C, it is necessary to either work in closed vessels under the inherent pressure and / or to vaporize the hydrogen fluoride by injecting a foreign gas, for example nitrogen , to prevent.
- the hydrogen chloride formed can optionally be released via a pressure control valve.
- the reaction mixture can be worked up by first separating off any hydrogen fluoride still present, e.g. by phase separation or by distillation, and the residue is fractionally distilled or the residue freed from hydrogen fluoride is added to ice, the organic phase which forms is separated off and this is fractionally distilled.
- the catalyst may optionally, e.g. by extraction with a tartaric acid solution from the residue present after removal of the hydrogen fluoride.
- heptafluorobutene and chlorhexafluorobutene can be obtained in different ratios to one another and both products can be isolated in a very pure form.
- the crude reaction mixture contains more chlorhexafluorobutene than heptafluorobutene.
- the isolated substances were characterized by nuclear magnetic resonance spectra and mass spectra.
- Example 2 The boiling points and the characterization were as given in Example 1. In addition, 20 g of unreacted hexachlorobutadiene was recovered.
- Example 2 The boiling points and the characterization were as given in Example 1. In addition, 40 g of unreacted hexachlorobutadiene were recovered.
Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von 2-Chlor-1,1,1,4,4,4-hexafluorbuten-2 und 1,1,1,2,4,4,4-Heptafluorbuten-2 aus Hexachlorbutadien.
- 1,1,1,2,4,4,4-Heptafluorbuten-2, im folgenden auch als Heptafluorbuten bezeichnet, ist ein bekanntes Zwischenprodukt zur Herstellung von Chlorfluorbutan, einem stabilen Wärmeübertragungsmittel, sowie von Trifluoressigsäure und Pentafluorpropionsäure (siehe US-PS 3 287 425). Es ist bekannt Heptafluorbuten herzustellen, indem man Hexachlorbutadien mit Alkalifluorid in einem Lösungsmittel, z.B. Dimethylsulfoxid, umsetzt (siehe US-PS 3 287 425). Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Verwendung eines Lösungsmittels und das Entstehen von Alkalichloriden, die aufwendig abgetrennt und entsorgt werden müssen.
- 2-Chlor-1,1,1,4,4,4-hexafluorbuten-2, im folgenden auch als Chlorhexafluorbuten bezeichnet, ist ein bekanntes Zwischenprodukt zur Herstellung von Natriumtrifluoracetat. Es ist bekannt, daß man es herstellen kann, indem man Hexachlorbutadien mit Fluorwasserstoff und elementarem Chlor unter Zugabe von Antimonpentachlorid umsetzt. Die Ausbeuten sind mit 5 bis 10 % sehr gering, da als Hauptprodukt 2,3-Dichlor-1,1,1,4,4,4-hexafluorbuten-2 erhalten wird (siehe US-PS 2 544 857 und C.A. 46, 7987 i bis 7988 a). Man kann unreines Chlorhexafluorbuten auch als Nebenprodukt erhalten, wenn man aus 2,3-Dichlor-1,1,1,4,4,4-hexafluorbuten-2 in einer 10-tägigen Umsetzung durch Reduktion mit Zink Perfluorbutin-2 herstellt (siehe J. A. C. S. 71, 298 (1949)). Für eine technische Herstellung von Chlorhexafluorbuten sind diese Verfahren nicht geeignet. Nachteilig sind insbesondere der Einsatz von elementarem Chlor oder Zink und die geringen Ausbeuten, in denen ein noch verunreinigtes Produkt anfällt.
- Es wurde nun ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von 1,1,1,2,4,4,4-Heptafluorbuten-2 und 2-Chlor-1,1,1,4,4,4-hexafluorbuten-2 gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Hexachlorbutadien mit Fluorwasserstoff unter Zugabe Katalytischer Mengen eines Titanhalogenids, Antimontrihalogenids und/oder Antimonpentahalogenids umsetzt.
- Das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Ausgangsprodukt benötigte Hexachlorbutadien ist im Handel erhältlich, beispielsweise von der Firma Aldrich Chemie, Steinheim, und kann in der handelsüblichen Reinheit eingesetzt werden. Das zweite benötigte Ausgangsprodukt, der Fluorwasserstoff, wird vorzugsweise in wasserfreier Form eingesetzt und ist als solcher ebenfalls im Handel erhältlich.
- Der Fluorwasserstoff kann beispielsweise in Mengen von 5 bis 100 Mol, bezogen auf 1 Mol Hexachlorbutadien verwendet werden. Bevorzugt beträgt diese Menge 10 bis 50 Mol pro Mol Hexachlorbutadien.
- In das erfindungsgemäße Verfahren wird Titantetrahalogenid, Antimontrihalogenide und/oder Antimonpentahalogenid in katalytischer Menge zugegeben. Diese Menge kann beispielsweise von 0,1 bis 30 Mol-%, bezogen auf Hexachlorbutadien betragen. Bevorzugt ist diese Menge von 1 bis 25 Mol-%.
- Als Halogenide kommen dabei beispielsweise Fluoride und Chloride in Frage, insbesondere Titantetrachlorid, Antimontrifluorid, Antimonpentafluorid, Antimonpentachlorid und gemischte Antimonpentahalogenide der summarischen Formel SbClnF5-n mit n = 0,1 bis 4,9. Besonders bevorzugt ist der Zusatz von Antimonpentachlorid. Man kann auch Gemische verschiedener Halogenide einsetzen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt werden, beispielsweise bei solchen im Bereich von -20 bis +200°C. Im allgemeinen ist es vorteilhaft bei tiefen Temperaturen zu beginnen, beispielsweise bei -10 bis +18°C und die Reaktion bei höheren Temperaturen, beispielsweise bei 40 bis 160°C zu Ende zu führen. Da Fluorwasserstoff bei Normaldruck bei ungefähr 20°C siedet, ist es beim Arbeiten bei Temperaturen oberhalb etwa 18°C erforderlich, entweder in geschlossenen Gefäßen unter dem sich jeweils ergebenden Eigendruck zu arbeiten und/oder das Verdampfen des Fluorwasserstoffs durch Aufdrücken eines Fremdgases, beispielsweise Stickstoff, zu verhindern. Der entstehende Chlorwasserstoff kann gegebenenfalls über ein Druckhalteventil entspannt werden.
- Es ist im allgemeinen vorteilhaft nach Beendigung der Reaktion noch einige Zeit bei der zuletzt angewendeten Temperatur nachzurühren, beispielsweise 1 bis 5 Stunden.
- Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches kann so erfolgen, daß man zunächst noch vorhandenen Fluorwasserstoff abtrennt, z.B. durch Phasentrennung oder durch Destillation, und den Rückstand fraktioniert destilliert oder den vom Fluorwasserstoff befreiten Rückstand auf Eis gibt, die sich bildende organische Phase abtrennt und diese fraktioniert destilliert. Der Katalysator kann gegebenenfalls, z.B. durch Extraktion mit einer Weinsäurelösu ng aus den nach der Entfernung des Fluorwasserstoffs vorliegenden Rückstand, abgetrennt werden.
- Auf diese Weise kann man Heptafluorbuten und Chlorhexafluorbuten in verschiedenen Verhältnisses zueinander erhalten und beide Produkte in sehr reiner Form isolieren. Im allgemeinen enthält das rohe Reaktionsgemisch mehr Chlorhexafluorbuten als Heptafluorbuten.
- Es ist ausgesprochen überaschend, daß Heptafluorbuten mit Fluorwasserstoff und ohne Lösungsmittel und Chlorhexafluorbuten ohne die Verwendung von elementarem Chlor auf die erfindungsgemäße Weise so vorteilhaft erhalten werden können.
- Zu 4,5 l Fluorwasserstoff, die mit 74 ml Antimonpentachlorid versetzt worden waren, wurden bei 0°C 1400 ml Hexachlorbutadien hinzugefügt. Nach Beendigung der Chlorwasserstoffentwicklung wurden 25 bar Stickstoff aufgedrückt und die Temperatur auf 120°C gesteigert. Bei dieser Temperatur wurde 4 Stunden lang gerührt und der entstehende Chlorwasserstoff über ein Druckhalteventil entspannt. Danach wurde nicht-umgesetzter Fluorwasserstoff abdestilliert, der Rückstand auf Eis gegeben und fraktioniert destilliert. Es wurden erhalten: 790 g (65 % der Theorie) 2-Chlor-1,1,1,4,4,4-hexafluorbuten-2 mit einem Siedepunkt von 36°C bei 1 bar und 20 g (2 % der Theorie 1,1,1,2,4,4,4-Heptafluorbuten-2 mit einem Siedepunkt von 9°C bei 1 bar.
- Außerdem wurden 620 g nicht-umgesetztes Hexachlorbutadien zurückgewonnen.
- Die Charakterisierung der isolierten Substanzen erfolgte durch kernmagnetische Resonanzspektren und Massenspektren.
- Zu 3 l Fluorwasserstoff und 50 ml Antimonpentachlorid wurden bei -4°C 720 ml Hexachlorbutadien hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wurde langsam auf 17°C erwärmt. Nach dem Ende der Chlorwasserstoffentwicklung wurden 30 bar Stickstoff aufgedrückt, das Gemisch 3 Stunden bei 140°C gerührt und der entstehende Chlorwasser-stoff über ein Druckhalteventil entspannt. Danach wurde das Produktgemisch abgekühlt und durch Destillation gereinigt. Es wurden erhalten: 198 g (= 23,5 % der Theorie) 1,1,1,2,4,4,4-Heptafluorbuten-2 und 521 g (= 56,6 % der Theorie) 2-Chlor-1,1,1,4,4,4-hexafluorbuten-2.
- Die Siedepunkte und die Charakterisierung waren wie im Beispiel 1 angegeben. Außerdem wurden 20 g nichtumgesetztes Hexachlorbutadien zurückgewonnen.
- Zu 3 l Fluorwasserstoff, die mit 150 ml Antimonpentachlorid und 50 g Antimontrifluorid versetzt worden waren, wurden bei -2°C 720 ml Hexachlorbutadien hinzugefügt. Dieses Gemisch wurde 6,5 Stunden bei 20° gehalten. Danach wurden 25 bar Stickstoff aufgedrückt und die Temperatur auf 138°C gesteigert. Bei dieser Temperatur wurde 4,5 Stunden gerührt und der entstehende Chlorwasserstoff über ein Druckhalteventil entspannt. Nach dem Abtrennen von nicht umgesetztem Fluorwasserstoff wurde der Rückstand fraktioniert destilliert. Es wurden erhalten: 340 g (= 42 % der Theorie) 1,1,1,2,4,4,4-Heptafluorbuten-2 und 485 g (= 54 % der Theorie) 2-Chlor-1,1,1,4,4,4-Hexafluorbuten-2.
- Die Siedepunkte und die Charakterisierung waren wie in Beispiel 1 angegeben. Außerdem wurden 40 g nicht umgesetztes Hexachlorbutadien zurückgewonnen.
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